基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式, 在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡, 首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率, 从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性, 建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型, 通过悬挂模态计算和动力学时域仿真, 分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理, 优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素, 组合400种轮轨随机匹配状态, 仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验, 研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明: 牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值, 说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性, 具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近, 远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz, 避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下, 构架端部横向加速度小于0.5g, 平稳性指标小于2.5, 轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。      

非接触式电磁减震技术在刚性转向架抗蛇行运动中的应用

当列车由直线线路进入曲线时，转向架必定随线路径向发生回转，传统的液压式抗蛇行减震器在一定程度上限制了转向架的这种回转，增加了车轮与钢轨以及道岔之间的磨损；加之液压减震器在应用中容易损坏，使用寿命很短。因此本文对目前铁路运输中所采用的液压式抗蛇行减震器在实际应用中的特性进行了分析，结合铁路运输设备的特点，提出了非接触式电磁减震技术在刚性转向架抗蛇行运动中的应用，通过闭合电磁铁电路的形式解决直、曲线线路转向架回转的问题。     

重载货车迫导向径向转向架的设计

针对国内货运快速重载化发展所产生的车辆系统动力学问题,基于自导向径向转向架和迫导向径向转向架的设计原理,参照Scheffel自导向径向转向架,在转K6型交叉支撑转向架的基础上,对自导向径向转向架和迫导向径向转向架进行结构设计,并将这三种低动力转向架的曲线通过性能进行对比分析.结果表明,所设计的迫导向径向转向架相比自导向径向转向架和转K6型交叉支撑转向架在轮对冲角、轮轨横向力、脱轨系数、整车磨耗功率方面具有性能优越性,并且具有良好的蛇行稳定性,说明对迫导向径向转向架的结构设计是合理的.     

新型D35钳夹车转向架的动力学性能

为了分析D35钳夹车转向架动力学性能,利用模板建模技术建立刚柔耦合整车模型.在3轴H形构架式转向架模型中,从轴箱悬挂和承载鞍摩擦作用角度,对多年来货车转向架的设计经验加以总结与验证,如1、3轴的直顶斜楔在垂向和横向上起到摩擦减振作用,而2轴承载鞍与轴箱之间金属-金属接触,在曲线通过时发生横向摩擦滑动以降低轮轨横向力和轴向力;在直线通过时接触摩擦产生迟滞阻尼作用以增强轮对纵横向定位刚度.D35空车回放仿真分析表明：“摆尾”现象是由辊子旁承摩擦激扰“打破”了末位转向架轮对临界阻尼状态所导致.     

高速万向轴式动力车转向架的参数研究

介绍了一系定位刚度对蛇行临界速度、二系悬挂刚度对平稳性能的影响，以及各类减振器阻尼对动力学性能的影响。总结出了高速动力车转向架的参数选择原则和各主要参数的优化范围。     

米轨客车迫导向转向架动力学性能研究

建立了米轨迫导向转向架客车的动力学模型，提出了迫导向机构的等效处理方法，以研究迫导向转向架导向机构参数对客车动力学性能的影响，计算结果表明，增大迫导向机构刚度和增益有利于提高蛇行失稳临界速度和曲线通过能力；连杆间铰链的间隙则对迫导向机构的性能有明显不利的影响。     

基于电机架悬的转向架稳定性与控制策略

实时调整架悬电机参数,以提高转向架的蛇行运动稳定性;建立了电机架悬转向架动力学模型,包含2个轮对、1个构架和2个电机,轮对和构架间考虑了一系悬挂装置,构架和车体间的二系悬挂装置考虑了空气弹簧和抗蛇行减振器,将2个电机考虑为一个整体并与构架弹性连接;基于高速转向架系统模型的最小阻尼比来寻找电机最优横移频率,分析了转向架参数对电机最优横移频率的影响,并针对该型转向架提出了一种能够提升蛇行运动稳定性的电机主动架悬反馈控制策略;通过开展电机主动架悬的高维车辆SIMPACK/SIMULINK联合仿真,对电机架悬控制策略进行了验证。研究结果表明：电机最优横移频率会随轮轨等效锥度的增大而增大,当轮轨等效锥度由0.3增大至0.6时,电机最优横移频率会由4.5 Hz增大到7.0 Hz;不同的等效锥度、电机质量和一系纵向刚度下,电机最优横移频率和转向架蛇行频率的差值均为1.0～1.5 Hz,因此,可通过检测转向架的蛇行频率再减去1.0～1.5 Hz获得电机最优横移频率,用电机和构架的相对位移和速度作为反馈信号,使电机能够实时获得最优架悬参数,成为理想的动力吸振器;高维数值仿真显示,电机主动架悬相比电机被动...     

高速客车转向架悬挂参数分析

为了全面考察转向架悬挂参数对高速客车行车安全性和乘坐舒适性的影响规律,为高速客车转向架悬挂参数的合理选取提供理论依据,首先从时域内分析了一、二系悬挂参数对高速客车动力学性能的影响,然后从频域内分析了二系悬挂参数对车体振动模态的影响.仿真计算与分析结果表明:合理设置一系纵向和横向定位刚度和二系抗蛇行减振器结构阻尼参数即可基本实现转向架较高的临界速度;减小二系横向刚度而适当增大二系横向阻尼可提高高速客车的横向平稳性;为了改善高速客车的垂向平稳性,一、二系垂向减振器阻尼都不宜选取过大.     

高速客车转向架悬挂参数分析

为了全面考察转向架悬挂参数对高速客车行车安全性和乘坐舒适性的影响规律,为高速客车转向架悬挂参数的合理选取提供理论依据,首先从时域内分析了一、二系悬挂参数对高速客车动力学性能的影响,然后从频域内分析了二系悬挂参数对车体振动模态的影响.仿真计算与分析结果表明:合理设置一系纵向和横向定位刚度和二系抗蛇行减振器结构阻尼参数即可基本实现转向架较高的临界速度;减小二系横向刚度而适当增大二系横向阻尼可提高高速客车的横向平稳性;为了改善高速客车的垂向平稳性,一、二系垂向减振器阻尼都不宜选取过大.     

编组方式对驼峰下道岔区脱轨系数的影响

驼峰调车利用车辆重力进行溜放式调车作业,是调车作业的常用方式,但驼峰下道岔区车辆脱轨事故时有发生。文章设计了现场试验,测试了驼峰调车场下6#道岔在晴天多勾溜放、雨天摩擦控制多勾溜放、雨天摩擦控制整列溜放3种工况下的横向力与垂向力,分析了编组方式对驼峰下道岔区车辆脱轨系数的影响。结果表明,空车比重车脱轨系数高12%左右,空重车混编顺序对空重车影响不同,能够小幅影响重车脱轨系数,重车在前空车在后的编组方式能在雨天摩擦控制情况下使空车脱轨系数降低16%,应根据不同工况选择空重混编顺序,整列溜放会大幅提高车辆的脱轨系数,重车平均提高41%,空车平均提高38%,应避免长编组溜放方式,为保证车辆安全及调车效率,建议每次溜放8辆车辆,在日常养修作业中,应重点关注道岔曲线外轨和尖轨区。     

高速车辆横向振动耦合机制形成的主要因素

与快铁运用模式不同,高铁运用模式更加强调安全冗余.因而降低蛇行振荡参振质量应当作为高速转向架设计的基本原则.横向振动耦合机制是高铁车辆振动行为的基本规律,其形成具有以下2个主要因素:即轮对(强)迫导向定位形式和抗蛇行高频阻抗作用,两者导致车体摇头大阻尼特征,造成车体对后位转向架接口的横向高频扰动增强,进而构成了横向振动传递媒介.同时这2个因素也是参振质量降低的必要技术条件.降低纵向定位刚度或最小等效锥度,将违背高速转向架的降低参振质量基本原则.因而在350 km/h标准动车组及其技改中,必须实施抗蛇行宽频带吸能机制原始技术创新.     

空车编组数量对货物列车安全性影响研究

在既有线货物列车提速和重载的背景下,为了研究空车编组数量对货物列车运行安全性的影响,根据车辆系统动力学理论、列车纵向动力学理论、车辆-轨道耦合动力学理论,采用数值方法建立了空重车混编列车-轨道耦合系统动力学模型,分析了制动工况下不同数量空车编组在货物列车头、尾部时,货物列车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等安全性指标变化情况。结果表明:当列车头部(机车后部)和尾部各编组5,10,20辆空车时,制动工况下,空车及重车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率均满足GB/T 5599-2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》标准要求,且有一定安全裕量;列车中空车的轮轴横向力和轮轨横向力均小于重车,空车的脱轨系数和轮重减载率大于重车;当列车头、尾部各编组5辆空车时,空车及重车的轮轴横向力均最小,而其他两种编情况下横向轮轴力相差不大;对于脱轨系数和轮重减载率,除尾部编组5辆空车的情况外,编组在头部的空车的脱轨系数和轮重减载率均大于尾部空车,在列车头部和尾部各编组10,20辆空车时两列车整体轮重减载率差异较小。     

基于抗蛇行减振器失效工况的高速转向架稳定性分析

对于CRH3动车组转向架来讲,车轮踏面选用S1002CN,轮轨接触锥度趋高,因而采用了抗蛇行减振器冗余设计(每架4个).针对后位转向架的一个抗蛇行减振器失效工况.线性稳定性分析表明:由于电机弹性架悬,动车转向架将以后位电机吊架横向振动形式失稳,而拖车转向架则以后位转向架的快速蛇行振荡形式失稳.非线性临界状态和动态行为评...     

构架式转向架货车参数及动力学性能研究

以多刚体系统动力学原理为基础，建立了具有利诺尔减振器的构架式转向架的非线性数学模型，并以罐车为例，研究了转向架关键参数对车辆系统的运动稳定性、曲线通过性能及运行平稳性的影响．计算结果表明：转向架参数的优选和合理匹配极大地影响着车辆的动力学性能．为使车辆系统具有较高的蛇行失稳临界速度，在满足曲线通过性能的条件下，可以适当提高轴箱弹簧刚度和旁承摩擦力矩，并尽量降低旁承的纵向间隙．     

高速动车组柔性转向架蛇行运动频谱分析

为分析高速动车组在不同运行速度下的转向架蛇行运动频谱,推导了自由轮对蛇行运动模型,建立了与纵向、横向速度和摇头角速度相关的3个一阶微分方程;建立了柔性转向架蛇行运动模型,给出了与轮对和构架的横移和摇头自由度相关的9自由度蛇行运动方程;结合车辆悬挂和实测轮轨接触关系等参数,联立自由轮对蛇行运动方程,求解不同轮对初始横移下...     

高速列车抗蛇行减振器参数的多目标优化研究

为了研究抗蛇行减振器参数匹配规律以兼顾不同轮轨接触状态下高速列车横向稳定性,针对国内运行典型结构参数的高速列车,建立车辆横向动力学简化模型,分别考虑到高、低锥度两种轮轨接触状态下车辆的横向稳定性,采用多目标优化方法对抗蛇行减振器刚度和阻尼值进行多参数优化,并分析最优抗蛇行减振器参数的影响因素. 结果表明:优化的抗蛇行减振器阻尼值主要取决于车辆二系横向阻尼,得出了两类阻尼值的抗蛇行减振器选配类型,即当二系横向阻尼较小时,转向架单侧需匹配较小阻尼值600～1000 kN?s?m?1,或当二系横向阻尼较大时,匹配大于4 000 kN?s?m?1的抗蛇行减振器;抗蛇行减振器刚度显著影响不同轮轨接触状态下的车辆稳定性,减小抗蛇行减振器刚度有利于低锥度状态车辆稳定性,反之亦然.      

空心轴传动式高速动力车稳定性分析及参数研究

给出了３７个自由度的空心轴传动式高速动力车非线性横向稳定性分析的数学模型，分析了空心轴传动高速动力车转向架技术设计方案和施工设计方案的运动稳定性，并研究了轴箱定位刚度和抗蛇行减振器对空心轴传动式高速动力车运动性稳定性的影响。     

高铁运用安全的三大技术局限性

从当前高铁运用问题来看,高速转向架存在三大非线性,即拖车构架点头迟滞非线性、抗蛇行动态刚度非线性和非线性稳定性.在充分认识上述三大非线性的基础上,应用抗蛇行频带吸能新理论,提出了最佳安全稳定裕度调控技术对策,以进一步协调高铁运用安全性与经济性之间的矛盾.在“重返”350 km/h高铁运营的技术准备中,应当对如下三大技术局限性给予充分重视,即商业运营速度、振动疲劳和曲线横风,特别是曲线横风应当作为一项当前十分急迫的计算流体动力学CFD科研任务.     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状，综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响，总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用，基于轮轨间作用力，分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响，概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容。分析结果表明:车轮异常磨耗会导致舒适性下降，合理的车轮镟修能有效降低车轮非圆化和车辆系统关键部件的振动，降低车内振动噪声，增加列车运行稳定性、安全性和平稳性；合适的轮对定位刚度和抗蛇行减振器的刚度和阻尼有利于提高列车蛇行运动稳定性和转向架运动临界速度；钢轨波磨严重时会导致钢轨扣件松动，缩短车辆构架和钢轨的使用寿命；通过合理的钢轨廓型打磨可消除曲线波磨，改善轮轨关系；行波效应对车辆安全性影响很大，与相同激励下的各项参数相比，车速为350 km·h-1、行波速度为300 m·s-1时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力都有所降低；横风作用下受电弓气动抬升力增大，影响接触网安全，增大弓头阻尼和弓头刚度可改善弓网受流特性。      

铁路货车脱轨安全性研究

C62货车是中国的主型货车,对其进行脱轨安全性研究对确保铁路安全生产有十分重要的意义,利用机车车辆系统动态仿真软件,建立C62货车的动力学计算模型,分析该车在直线上的蛇行运动稳定性及曲线上的通过性能,并着重分析了C62货车装载不全副理对行车安全的影响。